DE102022121313A1 - Calibration standard and method for calibrating a form measuring machine - Google Patents

Calibration standard and method for calibrating a form measuring machine Download PDF

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DE102022121313A1 DE102022121313.7A DE102022121313A DE102022121313A1 DE 102022121313 A1 DE102022121313 A1 DE 102022121313A1 DE 102022121313 A DE102022121313 A DE 102022121313A DE 102022121313 A1 DE102022121313 A1 DE 102022121313A1
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Abstract

Ein Kalibrierungsstandard umfasst einen Außenumfangsteil mit einer säulenförmigen Außenumfangsfläche, einen Aussparungsteil, der mit einer vorbestimmten Aussparungsgröße von der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgespart ist, und einen sanft gekrümmten Flächenteil, der den Außenumfangsteil und den Aussparungsteil verbindet und eine gekrümmte Form, die zu außerhalb des Kalibrierungsstandards vorsteht, aufweist. Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Formmessmaschine umfasst: Emittieren von Messlicht von einem Fühler der Formmessmaschine zu dem Kalibrierungsstandard und Erfassen von reflektiertem Licht von dem Kalibrierungsstandard unter Verwendung des Fühlers; und Durchführen einer Vergrößerungskalibrierung basierend auf dem Erfassungsergebnis des reflektierten Lichts sowie auf dem Außendurchmesser und der Aussparungsgröße des Kalibrierungsstandards.

Figure DE102022121313A1_0000
A calibration standard includes an outer peripheral part having a columnar outer peripheral surface, a recess part recessed with a predetermined recess size from the columnar outer peripheral surface, and a gently curved surface part connecting the outer peripheral part and the recess part and a curved shape protruding to the outside of the calibration standard, having. A method of calibrating a form measuring machine includes: emitting measurement light from a probe of the form measuring machine to the calibration standard and detecting reflected light from the calibration standard using the probe; and performing magnification calibration based on the reflected light detection result and the outside diameter and the notch size of the calibration standard.
Figure DE102022121313A1_0000

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Erfindungsfeldfield of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kalibrierungsstandard und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Formmessmaschine sowie insbesondere einen Kalibrierungsstandard für die Verwendung bei der Kalibrierung einer Formmessmaschine, die eine Form eines Werkstücks misst, und ein Verfahren zum Kalibrieren der Formmessmaschine.The present invention relates to a calibration standard and a method for calibrating a form measuring machine, and more particularly to a calibration standard for use in calibrating a form measuring machine that measures a shape of a workpiece and a method for calibrating the form measuring machine.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Formmessmaschinen bekannt, die eine Form (wie etwa die Rundheit) eines Werkstücks messen, indem sie einen Fühler und das Werkstück um eine Drehachse relativ zueinander drehen. Zum Beispiel gibt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-014656 (Patentliteratur 1) eine Technik zum Messen der Form einer Innenfläche eines Mittenlochs eines zylindrischen Werkstücks, das an einer Drehscheibe montiert ist, und der Form einer lateralen Fläche des Werkstücks in einer berührungslosen Weise an.There are known shape measuring machines that measure a shape (such as roundness) of a workpiece by rotating a probe and the workpiece relative to each other about a rotation axis. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-014656 (Patent Literature 1) proposes a technique of measuring the shape of an inner surface of a center hole of a cylindrical workpiece mounted on a rotary disk and the shape of a lateral surface of the workpiece in a non-contact manner.

Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-014656 Patent Literature 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-014656

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die oben beschriebene Formmessmaschine muss einen als Vergrößerungskalibrierung bezeichneten Prozess durchführen, der das Messen einer Form eines Kalibrierungsstandards unter Verwendung eines Fühlers, der mit einem berührungslosen optischen Sensor ausgestattet ist, und das Assoziieren eines Ausgabesignals des Fühlers mit einer tatsächlich kalibrierten Verschiebungsgröße umfasst (siehe zum Beispiel den japanischen Industriestandard JIS B7451:1997 , Anhang 2).The form measuring machine described above must perform a process called magnification calibration, which involves measuring a form of a calibration standard using a probe equipped with a non-contact optical sensor and associating an output signal from the probe with an actual calibrated displacement quantity (see, for example the Japanese industrial standard JIS B7451:1997 , Appendix 2).

13 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) für das Beschreiben der Vergrößerungskalibrierung unter Verwendung eines Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master; nachfolgend als Masterelement bezeichnet). 13 Fig. 12 is a plan view (top view) for describing magnification calibration using a calibration standard (Flick standard or Flick master; hereinafter referred to as a master element).

Wie in 13 gezeigt, weist ein Masterelement M0 eine Säulenform auf, wobei ein planarer Teil (nachfolgend als D-Aussparungsteil D0 bezeichnet) an einem Teil der lateralen Fläche des Masterelements M0 ausgebildet ist. In der folgenden Beschreibung wird ein zweidimensionales Polarkoordinatensystem mit einer Mitte C0 (Mittenachse der Säule) des säulenförmigen Masterelements M0 als einem Ursprung und einer senkrechten Linie (nachfolgend als Mittenlinie Lx bezeichnet), die sich von der Mitte C0 des Masterelements M0 zu dem D-Aussparungsteil D0 erstreckt und senkrecht zu dem planaren D-Aussparungsteil D0 ist, als einer X-Achse. Dabei sind der Außendurchmesser (Radius) R des Masterelements M0 und die Aussparungsgröße d des D-Aussparungsteils D0 (eine maximale Distanz zwischen einer Erstreckungslinie (gepunktete Linie) des Umfangs des Masterelements M0 und dem D-Aussparungsteil D0) bekannt. Ein zwischen einer geraden Linie, die sich von der Mitte C0 des Masterelements M0 zu einem Endteil D0E des D-Aussparungsteils D0 erstreckt, und einer Mittenlinie Lx gebildeter Winkel θd ist ebenfalls bekannt, weil der Winkel θd von der Aussparungsgröße d abhängt.As in 13 1, a master element M0 has a columnar shape, and a planar part (hereinafter referred to as a D recess part D0) is formed on a part of the lateral surface of the master element M0. In the following description, a two-dimensional polar coordinate system with a center C0 (central axis of the column) of the columnar master element M0 as an origin and a perpendicular line (hereinafter referred to as center line Lx) extending from the center C0 of the master element M0 to the D recess part D0 and is perpendicular to the planar D-recess part D0 as an X-axis. Here, the outer diameter (radius) R of the master element M0 and the recess size d of the D recess part D0 (a maximum distance between an extending line (dotted line) of the periphery of the master element M0 and the D recess part D0) are known. An angle θ d formed between a straight line extending from the center C0 of the master element M0 to an end part D0 E of the D recess part D0 and a center line Lx is also known because the angle θ d depends on the recess size d.

Wie in 13 gezeigt, emittiert bei der Durchführung einer Vergrößerungskalibrierung der optische Sensor, der an einem fernen Ende des Fühlers 30 vorgesehen ist, ein Messlicht B1 zu der Oberfläche des Masterelements M0 und erfasst das von der Oberfläche des Masterelements M0 zurückkommende reflektierte Licht B2. Die Vergrößerungskalibrierung wird unter Verwendung des Erfassungsergebnisses des reflektierten Lichts B2 und der bekannten Parameter R und d durchgeführt. Auf diese Weise kann die Formmessmaschine eine präzise Messung der Form und der Dimensionen eines Messzielobjekts durchführen.As in 13 1, when performing magnification calibration, the optical sensor provided at a far end of the probe 30 emits a measurement light B1 to the surface of the master element M0 and detects the reflected light B2 returning from the surface of the master element M0. The magnification calibration is performed using the detection result of the reflected light B2 and the known parameters R and d. In this way, the shape measuring machine can perform precise measurement of the shape and dimensions of a measurement target.

In 13 gibt θ einen Winkel des Messlichts B1 in Bezug auf die Mittenlinie Lx an, gibt R(θ) eine Distanz zwischen der Mitte C0 des Masterelements M0 und einer Einfallsposition P0 des Messlichts B1 an und gibt φ(θ) einen Winkel (Einfallswinkel) des Messlichts B1 in Bezug auf eine normale Richtung (N0) zu der Oberfläche des Masterelements M0 an der Einfallsposition P0 des Messlichts B1 an. In diesem Fall wird der Einfallswinkel φ(θ) durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt.In 13 θ indicates an angle of the measurement light B1 with respect to the center line Lx, R(θ) indicates a distance between the center C0 of the master element M0 and an incident position P0 of the measurement light B1, and φ(θ) indicates an angle (incident angle) of the measurement light B1 with respect to a normal direction (N0) to the surface of the master element M0 at the incident position P0 of the measurement light B1. In this case, the incident angle φ(θ) is expressed by the following expression (1).

Weil das Masterelement M0 liniensymmetrisch in Bezug auf die X-Achse ist, wird im Folgenden nur die obere Seite der X-Achse (0° ≤ θ < 180°) beschrieben und wird auf eine Beschreibung der unteren Seite der X-Achse (180° ≤ θ < 360°) verzichtet. φ ( θ ) = { θ , ( wenn  θ < θ d ) 0, ( wenn  θ θ d )

Figure DE102022121313A1_0001
Because the master element M0 is line-symmetrical with respect to the X-axis, only the upper side of the X-axis (0° ≤ θ < 180°) will be described below, and a description of the lower side of the X-axis (180° ≤ θ < 360°). φ ( θ ) = { θ , ( if θ < θ i.e ) 0, ( if θ θ i.e )
Figure DE102022121313A1_0001

Wie in dem Ausdruck (1) angegeben, wird in dem Fall von θ ≥ θd, d.h. wenn das Messlicht B1 auf die laterale Fläche der Säule einfällt, θ = 0 erhalten. Im Fall von θ < θd dagegen, d.h. wenn das Messlicht B1 auf den D-Aussparungsteil D0 einfällt, ändert sich der Einfallswinkel φ(θ).As indicated in the expression (1), in the case of θ≧θ d , that is, when the measurement light B1 is incident on the lateral surface of the pillar, θ=0 is obtained. On the other hand, in the case of θ<θ d , that is, when the measurement light B1 is incident on the D notch portion D0, the incident angle φ(θ) changes.

Dabei muss für eine korrekte Messung der Form des Masterelements M0 eine ausreichende Lichtmenge des reflektierten Lichts B2 sichergestellt werden. Deshalb ist ein kleinerer Einfallswinkel φ(θ) zu bevorzugen. Wenn zum Beispiel die Blendenzahl des optischen Sensors des Fühlers 30 NA ist, wird vorzugsweise φ(θ) ≤ arcsin (NA) gesetzt.At this time, in order to correctly measure the shape of the master element M0, it is necessary to ensure a sufficient light quantity of the reflected light B2. Therefore, a smaller angle of incidence φ(θ) is preferable. For example, when the f-number of the optical sensor of the probe 30 is NA, it is preferable to set φ(θ) ≤ arcsin (NA).

Wenn der Einfallswinkel φ(θ) größer ist, wird innerhalb der Komponenten des reflektierten Lichts B2, das durch den D-Aussparungsteil D0 reflektiert oder gestreut wird, eine in der Richtung des optischen Sensors des Fühlers 30 zurückkehrende Komponente vermindert. Das bedeutet, dass die Lichtmenge des reflektierten Lichts B2, die für das Messen der Form des Masterelements M0 verwendet werden kann, vermindert wird. Der Einfallswinkel φ(θ) wird insbesondere an und in der Nähe des Endteils D0E des D-Aussparungsteils D0 größer, und die Lichtmenge des reflektierten Lichts B2, die für das Messen der Form verwendet werden kann, vermindert sich stärker. Deshalb ist insbesondere an und in der Nähe des Endteils D0E des D-Aussparungsteils D0 die Erzeugung von Rauschdaten aufgrund einer Verminderung der Lichtmenge des reflektierten Lichts B2 wahrscheinlich. Wenn das Erfassungsergebnis des Masterelements M0 derartige Rauschdaten enthält, tritt ein Fehler in der Aussparungsgröße d des Masterelements M0 auf, wodurch die Durchführung einer hochpräzisen Vergrößerungskalibrierung erschwert wird.When the incident angle φ(θ) is larger, among the components of the reflected light B2 reflected or scattered by the D notch portion D0, a component returning toward the optical sensor direction of the probe 30 is reduced. This means that the amount of light of the reflected light B2 that can be used for measuring the shape of the master element M0 is reduced. In particular, the incident angle φ(θ) increases at and near the end portion D0 E of the D notch portion D0, and the amount of light of the reflected light B2 that can be used for measuring the shape decreases more. Therefore, particularly at and in the vicinity of the end part D0 E of the D notch part D0, noise data is likely to be generated due to a reduction in the light quantity of the reflected light B2. When the detection result of the master element M0 contains such noise data, an error occurs in the gap size d of the master element M0, making it difficult to perform high-precision magnification calibration.

14 ist ein Kurvendiagramm des Einfallswinkels φ(θ) (siehe Ausdruck (1)), wobei der Radius R des Masterelements M0 gleich 12,5 mm ist, der Aussparungsgröße d gleich 20 µm ist und der Blendenzahl NA des Fühlers gleich 0,05 ist (zulässiger Winkel (= arcsin (NA)) ≈ 3°). 14 Fig. 12 is a graph of the incident angle φ(θ) (see expression (1)) where the radius R of the master element M0 is 12.5 mm, the recess size d is 20 µm, and the f-number NA of the probe is 0.05 ( permissible angle (= arcsin (NA)) ≈ 3°).

Wie in 14 gezeigt, überschreitet an oder in der Nähe des Endteils D0E des D-Aussparungsteils D0 der Einfallswinkel φ(θ) den zulässigen Bereich (≈ 3°). Deshalb vermindert sich die Lichtmenge des reflektierten Lichts B2, die durch den optischen Sensor des Fühlers 30 erfasst werden kann, wodurch eine hochpräzise Vergrößerungskalibrierung behindert wird.As in 14 1, at or near the end portion D0 E of the D notch portion D0, the incident angle φ(θ) exceeds the allowable range (≈ 3°). Therefore, the amount of light of the reflected light B2 that can be detected by the optical sensor of the probe 30 decreases, thereby hindering high-precision magnification calibration.

Die Erfindung nimmt auf die vorstehend geschilderten Umstände Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Kalibrierungsstandard, der eine hochpräzise Kalibrierung (Vergrößerungskalibrierung) einer Formmessmaschine durchführen kann, und ein Verfahren zum Kalibrieren der Formmessmaschine vorzusehen.The invention is in view of the above circumstances, and an object of the invention is to provide a calibration standard capable of performing high-precision calibration (magnification calibration) of a form measuring machine and a method of calibrating the form measuring machine.

Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, wird ein Kalibrierungsstandard gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei der Kalibrierung einer Formmessmaschine vorgesehen. Der Kalibrierungsstandard umfasst: einen Außenumfangsteil mit einer säulenförmigen Außenumfangsfläche; einen Aussparungsteil, der mit einer vorbestimmten Aussparungsgröße von der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgespart ist; und einen sanft gekrümmten Flächenteil, der den Außenumfangsteil und den Aussparungsteil verbindet und eine gekrümmte Oberflächenform, die zu außerhalb des Kalibrierungsstandards vorsteht, aufweist.In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a calibration standard for use in calibrating a form measuring machine. The calibration standard includes: an outer peripheral part having a columnar outer peripheral surface; a recess portion recessed with a predetermined recess size from the columnar outer peripheral surface; and a gently curved surface part connecting the outer peripheral part and the recess part and having a curved surface shape protruding to outside of the calibration standard.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Kalibrierungsstandard gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Aussparungsteil mit einer planaren Form an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist und der sanft gekrümmte Teil eine Form entlang eines Kreises, der der säulenförmigen Außenumfangsfläche und dem planar geformten Aussparungsteil eingeschrieben ist, aufweist.A second aspect of the present invention relates to the calibration standard according to the first aspect, wherein the recess part is formed with a planar shape on part of the columnar outer peripheral surface and the gently curved part is a shape along a circle inscribed in the columnar outer peripheral surface and the planar-shaped recess part is, has.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Kalibrierungsstandard gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Aussparungsteil an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche derart ausgebildet ist, dass er eine lineare Form parallel zu einer Mittenachse des Kalibrierungsstandards aufweist, und der sanft gekrümmte Flächenteil eine gekrümmte Flächenform aufweist, die derart geformt ist, dass die Distanz von einer Mitte des Kalibrierungsstandards linear in Bezug auf einen Winkel einer senkrechten Linie, die sich von der Mitte des Kalibrierungsstandards zu dem Aussparungsteil erstreckt, variiert.A third aspect of the present invention relates to the calibration standard according to the first aspect, wherein the recess part is formed on a part of the columnar outer peripheral surface in such a way that it has a linear shape parallel to a central axis of the calibration standard, and the gently curved surface part has a curved surface shape, which is shaped in such a way that the distance from a center of the calibration standard varies linearly with respect to an angle of a perpendicular line extending from the center of the calibration standard to the recess part.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Kalibrierungsstandard gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Aussparungsteil mit einer planaren Form an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist und der sanft gekrümmte Flächenteil eine gekrümmte Flächenform aufweist, die derart geformt ist, dass eine Distanz von einer Mitte des Kalibrierungsstandards linear in Bezug auf einen Winkel einer senkrechten Linie, die sich von der Mitte des Kalibrierungsstandards zu dem Aussparungsteil erstreckt, variiert.A fourth aspect of the present invention relates to the calibration standard according to the first aspect, wherein the recess part is formed in a planar shape on a part of the columnar outer peripheral surface and the gently curved surface part has a curved surface shape shaped such that a distance from a center of the calibration standard varies linearly with respect to an angle of a perpendicular line extending from the center of the calibration standard to the recess part.

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Formmessmaschine gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Emittieren eines Messlichts von einem Fühler einer Formmessmaschine zu dem Kalibrierungsstandard gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte und Erfassen eines reflektierten Lichts von dem Kalibrierungsstandard unter Verwendung des Fühlers; und Durchführen einer Vergrößerungskalibrierung basierend auf dem Erfassungsergebnis des reflektierten Lichts sowie auf einem Außendurchmesser und einer Aussparungsgröße des Kalibrierungsstandards.A method of calibrating a form measuring machine according to a fifth aspect of the present invention includes: emitting a measurement light from a probe of a form measuring machine to the calibration standard according to any one of the first to fourth aspects and detecting a reflected light from the calibration standard using the probe; and performing magnification calibration based on the reflected light detection result and an outer diameter and a notch size of the calibration standard.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorsehen des sanft gekrümmten Flächenteils an der lateralen Fläche des säulenförmigen Kalibrierungsstandards die Lichtmenge des reflektierten Lichts während der Messung des Aussparungsteils sicherstellen und erlaubt somit eine hochpräzise Vergrößerungskalibrierung.According to the present invention, the provision of the gently curved surface part on the lateral surface of the columnar calibration standard can ensure the light amount of the reflected light during the measurement of the recess part, and thus allows high-precision magnification calibration.

Figurenlistecharacter list

  • 1 ist eine Vorderansicht einer Formmessmaschine. 1 Fig. 14 is a front view of a form measuring machine.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Formmessmaschine zeigt. 2 Fig. 12 is a block diagram showing a control system of the form measuring machine.
  • 3 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) eines Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 12 is a top view (top view) of a calibration standard (flick standard or flick master) according to a first embodiment of the present invention.
  • 4 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) des Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 12 is a top view (top view) of the calibration standard (Flick-Standard or Flick-Master) according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die eine sanfte Kurve gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 12 is a partially enlarged plan view showing a smooth curve according to the first embodiment of the present invention.
  • 6 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Kalibrierungsstandard gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 14 is a graph showing an example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the calibration standard according to the first embodiment of the present invention.
  • 7 ist ein Kurvendiagramm, das Beispiele für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) wiedergeben, wobei die Länge eines D-Aussparungsteils variiert. 7 Fig. 14 is a graph showing examples of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) where the length of a D notch part varies.
  • 8 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) eines Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8th 12 is a top view (top view) of a calibration standard (flick standard or flick master) according to a second embodiment of the present invention.
  • 9 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die eine sanfte Kurve gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 9 12 is a partially enlarged plan view showing a smooth curve according to the second embodiment of the present invention.
  • 10 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Kalibrierungsstandard gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 10 14 is a graph showing an example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the calibration standard according to the second embodiment of the present invention.
  • 11 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) eines Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 12 is a top view (top view) of a calibration standard (flick standard or flick master) according to a third embodiment of the present invention.
  • 12 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Kalibrierungsstandard gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 14 is a graph showing an example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the calibration standard according to the third embodiment of the present invention.
  • 13 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) für das Beschreiben einer Vergrößerungskalibrierung unter Verwendung eines Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master). 13 Fig. 12 is a plan view (top view) for describing magnification calibration using a calibration standard (Flick-Standard or Flick-Master).
  • 14 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einem Winkel θ eines Messlichts relativ zu einer X-Achse und einem Einfallswinkel φ des auf eine Fläche des Kalibrierungsstandards einfallenden Messlichts zeigt. 14 14 is a graph showing a relationship between an angle θ of a measurement light relative to an X-axis and an incident angle φ of the measurement light incident on a surface of the calibration standard.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Kalibrierungsstandards und eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Formmessmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf den beigefügten Zeichnungen beschrieben.In the following, embodiments of a calibration standard and a method for calibrating a form measuring machine according to the present invention will be described based on the accompanying drawings.

[Erste Ausführungsform][First embodiment]

(Formmessmaschine)(form measuring machine)

Zuerst wird die Konfiguration einer Formmessmaschine schematisch mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Vorderansicht der Formmessmaschine.First, the configuration of a form measuring machine is schematically described with reference to FIG 1 and 2 described. 1 Fig. 12 is a front view of the form measuring machine.

Die in 1 gezeigte Formmessmaschine 10 kann eine Außenform eines zylindrischen Werkstücks W und eine Form (etwa die Rundheit) einer Innenfläche eines schmalen Lochs H in dem Werkstück W messen. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das schmale Loch H ein Durchgangsloch, das entlang einer Mittenachse des Werkstücks W ausgebildet ist. Der Innendurchmesser des schmalen Lochs H ist sehr klein (zum Beispiel beträgt der Innendurchmesser 500 µm oder weniger). In 1 sind die XYZ-Richtungen orthogonal zueinander. Die X-Richtung ist eine horizontale Richtung, die Y-Richtung ist eine horizontale Richtung orthogonal zu der X-Richtung, und die Z-Richtung ist eine senkrechte (oder vertikale) Richtung.In the 1 The shape measuring machine 10 shown can measure an outer shape of a cylindrical workpiece W and a shape (such as roundness) of an inner surface of a narrow hole H in the workpiece W. in the in 1 In the example shown, the narrow hole H is a through hole formed along a central axis of the workpiece W. FIG. The inner diameter of the narrow hole H is very small (for example, the inner diameter is 500 µm or less). In 1 the XYZ directions are orthogonal to each other. The X direction is a horizontal direction, the Y direction is a horizontal direction orthogonal to the X direction, and the Z direction is a perpendicular (or vertical) direction.

Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Formmessmaschine 10 eine Körperbasis 12, einen Bühnendrehmechanismus 14, eine Bühne 18, eine Säule 20, einen Schlitten 22, einen Arm 24, einen Verschiebungsdetektor 26, einen Detektorantriebsmechanismus 28 und eine Steuereinrichtung 50.As in 1 1, a form measuring machine 10 includes a body base 12, a stage rotating mechanism 14, a stage 18, a column 20, a carriage 22, an arm 24, a displacement detector 26, a detector drive mechanism 28, and a controller 50.

Der Bühnendrehmechanismus (hochpräziser Drehmechanismus) 14 ist ein Drehmechanismus für das Drehen des Werkstücks W um eine Drehachse C. Der Bühnendrehmechanismus 14 dreht die weiter unten beschriebene Bühne 18 präzise um eine Drehachse C, die parallel zu der Z-Richtung ist. Der Bühnendrehmechanismus 14 umfasst einen Rotor 16, der drehbar an der Körperbasis 12 vorgesehen ist. Die Bühne 18 wird an der oberen Fläche des Rotors 16 gehalten. Der Bühnendrehmechanismus 14 umfasst einen Motor (nicht gezeigt), der den Rotor 16 hochpräzise um die Drehachse C dreht, und einen Codierer (nicht gezeigt), der einen Drehwinkel des Rotors 16 erfasst.The stage rotating mechanism (high-precision rotating mechanism) 14 is a rotating mechanism for rotating the workpiece W around a rotation axis C. The stage rotating mechanism 14 precisely rotates the later-described stage 18 around a rotation axis C parallel to the Z direction. The stage rotating mechanism 14 includes a rotor 16 rotatably provided on the body base 12 . The stage 18 is held on the upper surface of the rotor 16. The stage rotation mechanism 14 includes a motor (not shown) that rotates the rotor 16 around the rotation axis C with high precision, and an encoder (not shown) that detects a rotation angle of the rotor 16 .

Das Werkstück W kann an der Bühne 18 montiert werden. Die Bühne 18 kann das Werkstück W direkt halten und fixieren oder kann das Werkstück W über eine Werkstückhalterung (nicht gezeigt) halten und fixieren.The workpiece W can be mounted on the stage 18. The stage 18 may hold and fix the workpiece W directly, or may hold and fix the workpiece W via a workpiece holder (not shown).

Die Bühne 18 wird an einer Haltefläche (oberen Fläche) des Rotors 16 gehalten und ist konfiguriert für eine Drehung um die Drehachse C zusammen mit dem Rotor 16. Auf diese Weise kann das an der Bühne 18 gehaltene und fixierte Werkstück W zusammen mit der Bühne 18 um die Drehachse C gedreht werden. Es ist zu beachten, dass die Bühne 18 und der Rotor 16 Beispiele für den „Bühnendrehmechanismus“ sind.The stage 18 is held on a holding surface (upper surface) of the rotor 16 and is configured to rotate about the rotation axis C together with the rotor 16. In this way, the workpiece W held and fixed on the stage 18 can be rotated together with the stage 18 be rotated around the axis of rotation C. Note that the stage 18 and the rotor 16 are examples of the “stage rotating mechanism”.

Die Bühne 18 umfasst einen Linearbewegungsmechanismus und einen Kippmechanismus (beide nicht gezeigt). Der Linearbewegungsmechanismus bewegt die Bühne 18 in der X-Richtung und in der Y-Richtung, indem er den Motor (nicht gezeigt) betreibt, um die Position der Bühne 18 in einer XY-Ebene (horizontalen Ebene) orthogonal zu der Drehachse C einzustellen. Der Kippmechanismus dreht die Bühne 18 in der X-Richtung und in der Y-Richtung, indem er den Motor (nicht gezeigt) betreibt, um den Kippwinkel der Bühne 18 in Bezug auf die XY-Ebene einzustellen.The stage 18 includes a linear motion mechanism and a tilting mechanism (both not shown). The linear motion mechanism moves the stage 18 in the X-direction and in the Y-direction by driving the motor (not shown) to adjust the position of the stage 18 in an XY plane (horizontal plane) orthogonal to the rotation axis C. The tilt mechanism rotates the stage 18 in the X direction and in the Y direction by driving the motor (not shown) to adjust the tilt angle of the stage 18 with respect to the XY plane.

An der Körperbasis 12 ist eine Säule 20, die sich parallel zu der Z-Richtung erstreckt, in einem stehenden Zustand vorgesehen. Die Säule 20 weist einen unteren Endteil auf, der an der oberen Fläche der Körperbasis 12 fixiert ist.On the body base 12, a pillar 20 extending parallel to the Z-direction is provided in a standing state. The pillar 20 has a lower end portion fixed to the upper surface of the body base 12 .

Der Schlitten 22 wird durch die Säule 20 derart gehalten, dass er in der Z-Richtung bewegt werden kann. Der Schlitten 22 ist derart konfiguriert, dass er durch den Antrieb eines Motors (nicht gezeigt) in der Z-Richtung bewegt werden kann.The carriage 22 is supported by the column 20 such that it can be moved in the Z direction. The carriage 22 is configured to be movable in the Z direction by driving a motor (not shown).

Der Arm 24 wird durch den Schlitten 22 derart gehalten, dass er in den XY-Richtungen bewegt werden kann. Der Arm 24 ist derart konfiguriert, dass er in der horizontalen Richtung (in den XY-Richtungen) jeweils durch den Linearbewegungsmechanismus 70 und einen Scheiteleinstellungsmechanismus 72 bewegt werden kann (siehe 2). Der Linearbewegungsmechanismus 70 und der Scheiteleinstellungsmechanismus 72 umfassen jeweils eine Antriebsquelle (Motor usw.) für das Bewegen des Arms 24 in der horizontalen Richtung.The arm 24 is held by the carriage 22 so that it can be moved in the XY directions. The arm 24 is configured to move in the horizontal direction (in the XY directions) can be moved respectively by the linear motion mechanism 70 and a vertex adjustment mechanism 72 (see 2 ). The linear motion mechanism 70 and the vertex adjustment mechanism 72 each include a drive source (motor, etc.) for moving the arm 24 in the horizontal direction.

Die lateralen Flächen des Arms 24 und der Säule 20 weisen Skalen auf, die jeweils entlang der X-Richtung und der Z-Richtung vorgesehen sind. Die Steuereinrichtung 50 kann die Position des Fühlers 30 in den XZ-Richtungen erfassen, indem sie die Graduierung der Skalen unter Verwendung eines Sensors (nicht gezeigt) liest.The lateral faces of the arm 24 and the column 20 have scales provided along the X-direction and the Z-direction, respectively. The controller 50 can detect the position of the probe 30 in the XZ directions by reading the graduations of the scales using a sensor (not shown).

Der Verschiebungssensor 26 wird durch den Arm 24 über die Detektorantriebsmechanismen 28 gehalten. Der Verschiebungsdetektor 26 weist den Fühler 30 auf. Der Fühler 30 erfasst die Form der Oberfläche des Werkstücks W (der äußeren Fläche oder der inneren Fläche eines Lochs H) in dem Werkstück W). Der Fühler 30 ist in dieser Ausführungsform ein berührungsloser Fühler, der die Oberflächenform des Werkstücks W erfassen kann, ohne die Oberfläche des Werkstücks W zu berühren.The displacement sensor 26 is supported by the arm 24 via the detector drive mechanisms 28. As shown in FIG. The displacement detector 26 includes the feeler 30 . The probe 30 detects the shape of the surface of the workpiece W (the outer surface or the inner surface of a hole H) in the workpiece W). The probe 30 is a non-contact type probe that can detect the surface shape of the workpiece W without touching the surface of the workpiece W in this embodiment.

Hinsichtlich des Typs des berührungslosen Fühlers 30 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, solange der Fühler die Oberflächenform erfassen kann, ohne die Oberfläche des Werkstücks W zu berühren. Zum Beispiel kann der berührungslose Fühler eine von verschiedenen Techniken wie etwa eine Laserinterferometrie, eine Weißinterferometrie, eine Spectral-Domain-Optische-Kohärenztomographie (SD-OCT) oder eine Swept-Source-Optische-Kohärenztomographie (SS-OCT) verwenden.No particular specification is made here as to the type of non-contact probe 30 as long as the probe can detect the surface shape without touching the surface of the workpiece W. For example, the non-contact probe may use any of various techniques such as laser interferometry, white interferometry, spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT), or swept source optical coherence tomography (SS-OCT).

Der Detektorantriebsmechanismus 28 ist zwischen dem Arm 24 und dem Verschiebungsdetektor 26 angeordnet. Der Detektorantriebsmechanismus 28 umfasst einen Linearbewegungsmechanismus und einen Kippmechanismus (beide nicht gezeigt). Der Linearbewegungsmechanismus bewegt den Verschiebungsdetektor 26 in der X-Richtung und der Y-Richtung, indem er den Motor (nicht gezeigt) betreibt, um die Position des Fühlers 30 in einer XY-Ebene (horizontalen Ebene) orthogonal zu der Drehachse C einzustellen. Der Kippmechanismus dreht den Verschiebungsdetektor 26 in der X-Richtung und der Y-Richtung, indem er den Motor (nicht gezeigt) betreibt, um den Kippwinkel der Probe 30 in Bezug auf die XY-Ebene einzustellen. Auf diese Weise kann eine relative Ausrichtung (Fühlerausrichtung) zwischen dem Fühler 30 und der Drehachse C vorgenommen werden, indem die Position und der Kippwinkel des Fühlers 30 in der horizontalen Richtung (X- und Y-Richtungen) durch den Detektorantriebsmechanismus 28 (Linearbewegungsmechanismus und Kippmechanismus) eingestellt wird.The detector driving mechanism 28 is arranged between the arm 24 and the displacement detector 26 . The detector drive mechanism 28 includes a linear motion mechanism and a tilting mechanism (both not shown). The linear motion mechanism moves the displacement detector 26 in the X-direction and the Y-direction by driving the motor (not shown) to adjust the position of the probe 30 in an XY plane (horizontal plane) orthogonal to the rotation axis C. The tilting mechanism rotates the displacement detector 26 in the X-direction and the Y-direction by driving the motor (not shown) to adjust the tilting angle of the sample 30 with respect to the XY plane. In this way, relative alignment (probe alignment) can be made between the probe 30 and the axis of rotation C by controlling the position and tilt angle of the probe 30 in the horizontal direction (X and Y directions) by the detector driving mechanism 28 (linear motion mechanism and tilting mechanism ) is set.

Der Detektorantriebsmechanismus 28 umfasst weiterhin eine Antriebsquelle (zum Beispiel einen Motor usw.), um den Fühler 30 um eine Drehachse (Fühlerdrehachse) AX zu drehen. Der Detektorantriebsmechanismus 28 ist ein Beispiel für den „Fühlerdrehmechanismus“.The detector drive mechanism 28 further includes a drive source (e.g., a motor, etc.) for rotating the probe 30 about a rotation axis (probe rotation axis) AX. The detector drive mechanism 28 is an example of the “probe rotating mechanism”.

2 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Formmessmaschine zeigt. 2 Fig. 12 is a block diagram showing a control system of the form measuring machine.

Die Steuereinrichtung 50 steuert den Betrieb jedes Teils der Formmessmaschine 10 (einschließlich einer Messoperation der Oberflächenform des Werkstücks W und einer weiter unten beschriebenen Fühlerausrichtungsoperation). Die Steuereinrichtung 50 wird durch einen Universalcomputer wie etwa einen PC oder einen Mikrocomputer implementiert. Die Steuereinrichtung 50 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffspeicher (RAM), eine Speichereinrichtung (zum Beispiel ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder eine Solid-State-Laufwerk (SSD) usw.) und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle. In der Steuereinrichtung 50 werden verschiedene Programme wie etwa in der Speichereinrichtung gespeicherte Steuerprogramme in den RAM geladen. Wenn die CPU die in den RAM geladenen Programme ausführt, wird die Funktion jedes Teils der Formmessmaschine 10 implementiert und werden verschiedene Rechenverarbeitungen oder Steuerverarbeitungen über die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle durchgeführt.The controller 50 controls the operation of each part of the shape measuring machine 10 (including a measuring operation of the surface shape of the workpiece W and a probe alignment operation described later). The controller 50 is implemented by a general purpose computer such as a PC or a microcomputer. The controller 50 includes a central processing unit (CPU), read only memory (ROM), random access memory (RAM), storage device (e.g., a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD), etc.) and an input/output interface. In the controller 50, various programs such as control programs stored in the storage device are loaded into the RAM. When the CPU executes the programs loaded in the RAM, the function of each part of the form measuring machine 10 is implemented, and various arithmetic processing or control processing is performed through the I/O interface.

Die Steuereinrichtung 50 umfasst eine Bedieneinheit 52 (zum Beispiel eine Tastatur und eine Maus), die eine Bedieneingabe von einem Benutzer empfängt, eine Bedienungsbenutzerschnittstelle (UI) und eine Anzeige 54 zum Anzeigen der Erfassungsergebnisse.The controller 50 includes an operation unit 52 (e.g., a keyboard and a mouse) that receives an operation input from a user, an operation user interface (UI), and a display 54 for displaying the detection results.

Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuereinrichtung 50 einen Verschiebungsberechner 56 und eine Antriebssteuereinrichtung 58.As in 2 As shown, the controller 50 includes a displacement calculator 56 and a drive controller 58.

Der Verschiebungsberechner 56 berechnet eine Verschiebung des Werkstücks W basierend auf dem durch den Verschiebungsdetektor 26 erfassten Erfassungsergebnis zu der Verschiebung der Oberfläche des Werkstücks W und misst die Form der Oberfläche des Werkstücks W (zum Beispiel die Außenform des Werkstücks W oder die Rundheit des Lochs H usw.).The displacement calculator 56 calculates a displacement of the workpiece W based on the detection result of the displacement of the surface of the workpiece W detected by the displacement detector 26, and measures the shape of the surface of the workpiece W (for example, the outer shape of the workpiece W or the roundness of the hole H, etc .).

Die Antriebssteuereinrichtung 58 steuert den Linearbewegungsmechanismus 70, den Scheiteleinstellungsmechanismus 72, den Detektorantriebsmechanismus 28 und den Bühnendrehmechanismus 14, um die relative Position des Werkstücks W und des Fühlers 30 einzustellen.The drive controller 58 controls the linear motion mechanism 70, the vertex adjustment mechanism 72, the detector drive mechanism 28 and the stage rotating mechanism 14 to adjust the relative position of the workpiece W and the probe 30.

(Verfahren für eine Vergrößerungskalibrierung)(Procedure for a magnification calibration)

Im Folgenden wird ein Verfahren für eine Vergrößerungskalibrierung der Formmessmaschine 10 beschrieben. 3 und 4 sind Draufsichten (Ansichten von oben) des Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master, nachfolgend als Masterelement bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.A method for magnification calibration of the form measuring machine 10 is described below. 3 and 4 12 are plan (top) views of the calibration standard (Flick standard or Flick master, hereinafter referred to as master element) according to the first embodiment of the present invention.

Bei einer Vergrößerungskalibrierung der Formmessmaschine 10 wird zuerst ein Masterelement M1 derart an der Bühne 18 montiert, dass seine Mitte C1 (Mittenachse einer Säule) mit der Drehachse C der Bühne 18 ausgerichtet ist (siehe 3 und 4). Dann wird die Form des Masterelements M1 gemessen, indem der Bühnendrehmechanismus 14, der Detektorantriebsmechanismus 28 und der Schlitten 22 gesteuert werden, um den Fühler 30 zum Emittieren des Messlichts B1 zu dem Masterelement M1, während die relative Position des Werkstücks W und des Fühlers 30 eingestellt wird, und zum Erfassen des reflektierten Lichts von dem Masterelement M1 zu veranlassen. Anschließend wird die Vergrößerungskalibrierung unter Verwendung des Erfassungsergebnisses des reflektierten Lichts von dem Masterelement M1 sowie eines bekannten Außendurchmessers (Radius) R und einer Aussparungsgröße durchgeführt.In a magnification calibration of the form measuring machine 10, a master element M1 is first mounted on the stage 18 such that its center C1 (central axis of a column) is aligned with the axis of rotation C of the stage 18 (see FIG 3 and 4 ). Then, the shape of the master element M1 is measured by controlling the stage rotating mechanism 14, the detector drive mechanism 28 and the carriage 22 to move the probe 30 to emit the measuring light B1 to the master element M1 while the relative position of the workpiece W and the probe 30 is adjusted and causing the reflected light to be detected by the master element M1. Then, the magnification calibration is performed using the detection result of the reflected light from the master element M1 and a known outer diameter (radius) R and a notch size.

(Kalibrierungsstandard)(calibration standard)

Im Folgenden wird das Masterelement M1 beschrieben.The master element M1 is described below.

Wie in 3 und 4 gezeigt, weist das Masterelement M1 gemäß dieser Ausführungsform eine Säulenform auf, wobei ein planarer Teil (ein Beispiel für den Aussparungsteil, der nachfolgend als D-Aussparungsteil D1 bezeichnet wird) an einem Teil eines Außenumfangsteils (einer Außenumfangsfläche, einer lateralen Fläche) S1 des Masterelements M1 durch das Aussparen einer vorbestimmten Aussparungsgröße d an dem Außenumfangsteil ausgebildet wird. Zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S1 und dem D-Aussparungsteil D1 des Masterelements M1 ist eine gekrümmte laterale Fläche (ein sanft gekrümmter Flächenteil, der nachfolgend als eine sanfte Kurve bezeichnet wird) E1 ausgebildet. Der Außendurchmesser (Radius) R des Masterelements M1 und die Aussparungsgröße d des D-Aussparungsteils D1 (die maximale Distanz zwischen einer Erstreckungslinie (gepunktete Linie) des Außenumfangs des Masterelements M1 und dem D-Aussparungsteil D1) sind bekannt. Eine Y-Koordinate LD eines Endteils D1E eines virtuellen D-Aussparungsteils D1 (durch eine Strichlinie wiedergegebener Teil), wenn angenommen wird, dass die sanfte Kurve E1 nicht vorhanden ist, ist ebenfalls bekannt, weil die Y-Koordinate LD von der Aussparungsgröße d abhängt.As in 3 and 4 shown, the master element M1 according to this embodiment has a columnar shape, with a planar part (an example of the recess part, hereinafter referred to as D recess part D1) on a part of an outer peripheral part (an outer peripheral surface, a lateral surface) S1 of the master element M1 is formed by cutting a predetermined cut-out size d at the outer peripheral part. Between the columnar lateral surface S1 and the D notch part D1 of the master element M1, a curved lateral surface (a gently curved surface part, hereinafter referred to as a gentle curve) E1 is formed. The outer diameter (radius) R of the master member M1 and the recess size d of the D recess part D1 (the maximum distance between an extending line (dotted line) of the outer periphery of the master member M1 and the D recess part D1) are known. A Y-coordinate L D of an end part D1E of a virtual D-notch part D1 (part indicated by a broken line) when it is assumed that the smooth curve E1 does not exist is also known because the Y-coordinate L D is different from the Recess size d depends.

In der folgenden Beschreibung wird ein zweidimensionales Polarkoordinatensystem verwendet, das die Mitte C1 des Masterelements M1 (die Mittenachse der Säule) als einen Ursprung und eine senkrechte Linie, die sich von der Mitte C1 des Masterelements M1 zu dem D-Aussparungsteil D1 als eine X-Achse erstreckt, aufweist.In the following description, a two-dimensional polar coordinate system is used that takes the center C1 of the master element M1 (the central axis of the pillar) as an origin and a perpendicular line extending from the center C1 of the master element M1 to the D recess part D1 as an X Axis extends, has.

Weil das Masterelement M1 liniensymmetrisch in Bezug auf die X-Achse ist, wird im Folgenden nur die sanfte Kurve E1 auf der oberen Seite der X-Achse (0° ≤ θ < 180°) beschrieben und wird auf eine Beschreibung der sanften Kurve E1 auf der unteren Seite der X-Achse (180° ≤ θ < 360°) verzichtet.Because the master element M1 is line-symmetrical with respect to the X-axis, only the smooth curve E1 on the upper side of the X-axis (0°≦θ<180°) will be described below, and a description of the smooth curve E1 will be referred to the lower side of the X-axis (180° ≤ θ < 360°) is omitted.

Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die sanfte Kurve E1 ein Teil eines eingeschriebenen Kreises IC1, der der lateralen Fläche S1 und dem D-Aussparungsteil D1 des Masterelements M1 eingeschrieben ist. Ein innerer Kontaktpunkt zwischen der lateralen Fläche S1 des Masterelements M1 und dem eingeschriebenen Kreis IC1 ist P1, und ein innerer Kontaktpunkt zwischen dem D-Aussparungsteil D1 und dem eingeschriebenen Kreis IC1 ist P2.As in 3 and 4 As shown, the smooth curve E1 is part of an inscribed circle IC1 inscribed on the lateral surface S1 and the D-notch part D1 of the master element M1. An inside contact point between the lateral surface S1 of the master element M1 and the inscribed circle IC1 is P1, and an inside contact point between the D recess part D1 and the inscribed circle IC1 is P2.

Wenn die Koordinaten der Mitte C10 des eingeschriebenen Kreises IC1 (x0, y0) sind und der Radius r ist, wird der eingeschriebene Kreis IC1 durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt. ( x x 0 ) 2 + ( y y 0 ) 2 = r 2

Figure DE102022121313A1_0002
When the coordinates of the center C10 of the inscribed circle IC1 are (x 0 , y 0 ) and the radius is r, the inscribed circle IC1 is expressed by the following expression (2). ( x x 0 ) 2 + ( y y 0 ) 2 = right 2
Figure DE102022121313A1_0002

Der Radius r des eingeschriebenen Kreises IC1 wird unter Verwendung von bekannten Variablen wie folgt ausgedrückt. Weil der eingeschriebene Kreis IC1 dem D-Aussparungsteil D1 eingeschrieben wird, können die folgenden Ausdrücke (3) und (4) erhalten werden. x 0 = ( R d r )

Figure DE102022121313A1_0003
y 0 = L
Figure DE102022121313A1_0004
The radius r of the inscribed circle IC1 is expressed as follows using known variables. Since the inscribed circle IC1 is inscribed in the D recess part D1, the following expressions (3) and (4) can be obtained. x 0 = ( R i.e right )
Figure DE102022121313A1_0003
y 0 = L
Figure DE102022121313A1_0004

In dem Ausdruck (4) gibt L eine Y-Koordinate des inneren Kontaktpunkts P2, an dem der eingeschriebene Kreis IC1 dem D-Aussparungsteil D1 eingeschrieben ist, an. Dabei kann L optional gesetzt werden. Wenn zum Beispiel L auf die Hälfte der Länge (LD) des virtuellen D-Aussparungsteils D1 (durch Strichlinien wiedergegebener Teil) gesetzt ist, kann der Effekt der sanften Kurve E1 erhalten werden, während eine ausreichende Länge des D-Aussparungsteils D1 sichergestellt wird.In the expression (4), L indicates a Y-coordinate of the inner contact point P2 where the inscribed circle IC1 is inscribed in the D recess part D1. L can be set optionally. For example, when L is set to half the length (L D ) of the virtual D notch part D1 (part indicated by dashed lines), the effect of the smooth curve E1 can be obtained while ensuring a sufficient length of the D notch part D1.

Weil der eingeschriebene Kreis IC1 der lateralen Fläche S1 des Masterelements M1 eingeschrieben ist, kann der folgende Ausdruck (5) erhalten werden. R = r + x 0 2 + y 0 2

Figure DE102022121313A1_0005
Since the inscribed circle IC1 is inscribed on the lateral surface S1 of the master element M1, the following expression (5) can be obtained. R = right + x 0 2 + y 0 2
Figure DE102022121313A1_0005

Wenn der Ausdruck (5) für r unter Verwendung der Ausdrücke (3) und (4) aufgelöst wird, kann der folgende Ausdruck (6) erhalten werden. r = R ( L 2 d 2 ) / 2 d

Figure DE102022121313A1_0006
When expression (5) for r is solved using expressions (3) and (4), the following expression (6) can be obtained. right = R ( L 2 i.e 2 ) / 2 i.e
Figure DE102022121313A1_0006

Dann wird die Distanz R(θ) zwischen der Mitte C10 des eingeschriebenen Kreises IC1 und einem Punkt auf der sanften Kurve E1 mit bekannten Variablen wie folgt ausgedrückt.Then, the distance R(θ) between the center C10 of the inscribed circle IC1 and a point on the smooth curve E1 is expressed with known variables as follows.

Zuerst wird gemäß 3 und 4 der Punkt (x, y) auf der sanften Kurve E1 durch (x, y) = (R(θ)cos θ), R(θ)sin θ) ausgedrückt. Wenn diese Werte dem Ausdruck (1) des eingeschriebenen Kreises IC1 zugewiesen werden, kann der folgende Ausdruck (7) erhalten werden. ( R ( θ ) cos  θ− x 0 ) 2 + ( R ( θ ) sin  θ− y 0 ) 2 = r 2

Figure DE102022121313A1_0007
First, according to 3 and 4 the point (x, y) on the smooth curve E1 is expressed by (x, y) = (R(θ)cos θ), R(θ)sin θ). When these values are assigned to the expression (1) of the inscribed circle IC1, the following expression (7) can be obtained. ( R ( θ ) cos θ− x 0 ) 2 + ( R ( θ ) sin θ− y 0 ) 2 = right 2
Figure DE102022121313A1_0007

Wenn der Ausdruck (7) umgewandelt wird, kann der folgende Ausdruck (8) erhalten werden. R ( θ ) 2 2 ( x 0 cos  θ + y 0 cos  θ ) R ( θ ) + ( x 0 2 + y 0 2 r 2 ) = 0

Figure DE102022121313A1_0008
When the expression (7) is converted, the following expression (8) can be obtained. R ( θ ) 2 2 ( x 0 cos θ + y 0 cos θ ) R ( θ ) + ( x 0 2 + y 0 2 right 2 ) = 0
Figure DE102022121313A1_0008

Wenn der Ausdruck (8) für R(θ) aufgelöst wird, kann der folgende Ausdruck (9) erhalten werden. R ( θ ) ( x 0 c o s   θ + y 0 c o s   θ )   + ( x 0 c o s   θ + y 0 c o s   θ ) 2 x 0 2 + y 0 2 r 2

Figure DE102022121313A1_0009
When expression (8) is solved for R(θ), the following expression (9) can be obtained. R ( θ ) ( x 0 c O s θ + y 0 c O s θ ) + ( x 0 c O s θ + y 0 c O s θ ) 2 x 0 2 + y 0 2 right 2
Figure DE102022121313A1_0009

Wenn r in dem Ausdruck (6) zu dem Ausdruck (9) zugewiesen wird, kann R(θ) mit nur den bekannten Variablen (R, d, L, x0 und yo) und θ berechnet werden.When r in expression (6) is assigned to expression (9), R(θ) can be calculated with only the known variables (R, d, L, x 0 and yo) and θ.

Weiterhin gibt in 4 gezeigt N1 eine normale Linie zu der Oberfläche des Masterelements M1 an einer Einfallsposition P0 des Einfallslichts B1 an und gibt φ(θ) einen Winkel (Einfallswinkel) des Messlichts B1 in Bezug auf die normale Linie N1 an. Der Einfallswinkel φ(θ) wird mit bekannten Variablen wie unten beschrieben ausgedrückt.Furthermore, there in 4 N1 indicates a normal line to the surface of the master element M1 at an incident position P0 of the incident light B1, and φ(θ) indicates an angle (incident angle) of the measurement light B1 with respect to the normal line N1. The angle of incidence φ(θ) is expressed using known variables as described below.

5 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die die sanfte Kurve E1 zeigt. 5 12 is a partially enlarged plan view showing the gentle curve E1.

Wie in 5 gezeigt, ist P0 die Einfallsposition des Messlichts B1, und ist P3 ein Punkt auf der sanften Kurve E1, der um Δθ von der Einfallsposition P0 entfernt ist. Wenn in 5 Δθ ausreichend klein ist, wird (Δθ ≈ 0) R(θ) tan Δθ = R(θ)Δθ erhalten. In diesem Fall wird der Einfallswinkel φ(θ) durch den folgenden Ausdruck (10) ausgedrückt. φ ( θ ) = arctan [ { R ( θ + Δθ ) R ( θ ) } / ( R ( θ ) Δθ ) ]

Figure DE102022121313A1_0010
As in 5 1, P0 is the incident position of the measurement light B1, and P3 is a point on the smooth curve E1 that is away from the incident position P0 by Δθ. if in 5 Δθ is sufficiently small (Δθ ≈ 0) R(θ) tan Δθ = R(θ)Δθ. In this case, the incident angle φ(θ) is expressed by the following expression (10). φ ( θ ) = arctan [ { R ( θ + Δθ ) R ( θ ) } / ( R ( θ ) Δθ ) ]
Figure DE102022121313A1_0010

(Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ))(Example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ))

6 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Masterelement M1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Kurve F1 in 6 zeigt den Einfallswinkel φ(θ), wobei der Radius R des Masterelements M1 gleich 12,5 mm ist, die Aussparungsgröße d gleich 20 µm ist und die Blendenzahl NA eines optischen Messsystems des Fühlers 30 gleich 0,05 ist (zulässiger Winkel (= arcsin(NA)) ≈ 3°). In 6 ist die Y-Koordinate einer Grenze (innerer Kontaktpunkt P2) zwischen dem D-Aussparungsteil D1 und der sanften Kurve E1, d.h. die Länge L in Entsprechung zu 1/2 der Länge des D-Aussparungsteils D1, auf die Hälfte der Länge (LD) des virtuellen D-Aussparungsteils D1 (durch Strichlinie wiedergegebener Teil) (L = 1/2 LD) gesetzt. 6 14 is a graph showing an example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the master element M1 according to the first embodiment. The curve F1 in 6 shows the incident angle φ(θ), where the radius R of the master element M1 is 12.5 mm, the cutout size d is 20 µm, and the F-number NA of a measuring optical system of the probe 30 is 0.05 (allowable angle (= arcsin (NA)) ≈ 3°). In 6 is the Y-coordinate of a boundary (internal contact point P2) between the D notch part D1 and the smooth curve E1, that is, the length L corresponding to 1/2 the length of the D notch part D1, to half the length (L D ) of the virtual D notch part D1 (part shown by broken line) (L = 1/2 L D ).

Wie in 6 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform an und in der Nähe der Grenze (innerer Kontaktteil P2) zwischen dem D-Aussparungsteil D1 und der sanften Kurve E1 der Einfallswinkel φ(θ) kleiner als der zulässige Winkel (≈3°). Deshalb kann eine ausreichende Lichtmenge des reflektierten Lichts, das durch den optischen Sensor des Fühlers 30 erfasst werden kann, sichergestellt werden und kann die Form des Masterelements M1 mit einer hohen Präzision gemessen werden. Es kann also eine hochpräzise Vergrößerungskalibrierung durchgeführt werden.As in 6 1, in this embodiment, at and near the boundary (inner contact part P2) between the D recess part D1 and the smooth curve E1, the incident angle φ(θ) is smaller than the allowable angle (≈3°). Therefore, a sufficient light amount of the reflected light that can be detected by the optical sensor of the probe 30 can be secured, and the shape of the master element M1 can be measured with high precision. Thus, high-precision magnification calibration can be performed.

Außerdem kann die sanfte Kurve E1 des Masterelements M1 in dieser Ausführungsform einfach hergestellt werden, weil sie eine kreisrunde Form aufweist. Und weil kein Wendepunkt in der Form der lateralen Fläche eines Teils der sanften Kurve E1 des Masterelements M1 vorhanden ist, ist eine gemessene Wellenform stabil und kann die Form des Masterelements M1 mit einer hohen Präzision gemessen werden.In addition, in this embodiment, the smooth curve E1 of the master element M1 can be easily manufactured because it has a circular shape. And because there is no inflection point in the shape of the lateral face of a part of the gentle curve E1 of the master element M1, a measured waveform is stable and the shape of the master element M1 can be measured with a high precision.

Gemäß dieser Ausführungsform kann die Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 optional eingestellt werden, sodass eine optimale Geometrie in Abhängigkeit von der Blendenzahl NA des Fühlers 30 verwendet werden kann.According to this embodiment, the length (2L) of the D notch part D1 can be optionally adjusted so that an optimal geometry depending on the F number NA of the probe 30 can be used.

7 ist ein Kurvendiagramm, das Beispiele für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) zeigt, wobei die Länge (2L) des Aussparungsteils D1 variiert wird. In dem Kurvendiagramm von 7 sind die Berechnungsparameter denjenigen von 6 ähnlich, wobei der Radius R des Masterelements M1 gleich 12,5 mm ist, die Aussparungsgröße d gleich 20 µm ist und die Blendenzahl NA des optischen Messsystems des Fühlers 30 gleich 0,05 ist (zulässiger Winkel (= arcsin(NA)) ≈ 3°). 7 Fig. 12 is a graph showing examples of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) where the length (2L) of the recess part D1 is varied. In the curve diagram of 7 the calculation parameters are those of 6 similarly, where the radius R of the master element M1 is 12.5 mm, the recess size d is 20 µm and the f-number NA of the optical measuring system of the probe 30 is 0.05 (allowable angle (= arcsin(NA)) ≈ 3 °).

In 7 geben die Kurven F1-1 bis F1-3 die Berechnungsergebnisse jeweils für eine Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 von L=1/4LD, L=1/2LD und L=3/4LD an. In jeder der Kurven F1 bis F3 ist der Einfallswinkel φ(θ) kleiner als der zulässige Winkel (≈3°).In 7 the curves F1-1 to F1-3 indicate the calculation results for a length (2L) of the D notch part D1 of L=1/4L D , L=1/2L D and L=3/4L D , respectively. In each of the curves F1 to F3, the incident angle φ(θ) is smaller than the allowable angle (≈3°).

Je länger in 7 die Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 ist, desto größer wird der maximale Wert des Einfallswinkels θ(θ). Und je kürzer umgekehrt die Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 ist, desto kleiner wird der maximale Wert.The longer in 7 is the length (2L) of the D notch part D1, the larger the maximum value of the incident angle θ(θ) becomes. And conversely, the shorter the length (2L) of the D notch part D1 is, the smaller the maximum value becomes.

Deshalb kann in dieser Ausführungsform die Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 in Entsprechung zu der Blendenzahl NA des Fühlers 30 optimiert werden. Zum Beispiel kann, wie durch die Kurve F1-3 angegeben, durch eine Vergrößerung der Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 der D-Aussparungsteil D1 (linearer Teil) verlängert werden. Dadurch kann die gemessene Wellenform stabilisiert werden. Dagegen reduziert, wie durch die Kurve F1-1 angegeben, eine Verkürzung der Länge (2L) des D-Aussparungsteils D1 den maximalen Wert von θ(θ). Eine hochpräzise Messung wird also auch dann möglich, wenn die Blendenzahl NA des Fühlers 30 klein ist.Therefore, in this embodiment, the length (2L) of the D notch part D1 corresponding to the F number NA of the probe 30 can be optimized. For example, as indicated by the curve F1-3, by increasing the length (2L) of the D notch portion D1, the D notch portion D1 (linear portion) can be lengthened. This allows the measured waveform to be stabilized. On the other hand, as indicated by the curve F1-1, shortening the length (2L) of the D notch part D1 reduces the maximum value of θ(θ). Therefore, high-precision measurement becomes possible even when the F-number NA of the sensor 30 is small.

[Zweite Ausführungsform][Second embodiment]

Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Form eines Masterelements M2. Weil die Formmessmaschine 10 in der zweiten Ausführungsform und die Konfigurationsmethode hierfür denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird hier auf eine Beschreibung derselben verzichtet.A second embodiment of the present invention will be described below. The second embodiment differs from the first embodiment in the shape of a master element M2. Since the form measuring machine 10 in the second embodiment and the configuration method thereof are similar to those in the first embodiment, a description thereof is omitted here.

(Kalibrierungsstandard)(calibration standard)

8 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) auf einen Kalibrierungsstandard (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 8 ist eine Erstreckungslinie (gepunktete Linie) einer säulenförmigen Außenumfangsfläche S2 eines Masterelements M2 zusammen mit dem D-Aussparungsteil D0 (Strichlinie) von 13 gezeigt. 8th Fig. 14 is a top view of a calibration standard (Flick standard or Flick master) according to a second embodiment of the present invention. In 8th FIG. 12 is an extension line (dotted line) of a columnar outer peripheral surface S2 of a master member M2 together with the D recess part D0 (dashed line) of FIG 13 shown.

Wie in 8 gezeigt, weist das Masterelement M2 gemäß dieser Ausführungsform eine Säulenform auf, wobei eine gekrümmte laterale Fläche (sanfte Kurve) E2 an einem Teil des Außenumfangsteils (der Außenumfangsfläche, der lateralen Fläche) S2 ausgebildet ist. Dabei ist die Distanz (nachfolgend als Aussparungsgröße bezeichnet) d zwischen einem Kreuzungspunkt PI, an dem der Außendurchmesser (Radius) R die laterale Fläche E2 des Masterelements M2 auf der X-Achse kreuzt, und der Erstreckungslinie der Außenumfangsfläche S2 bekannt.As in 8th 1, the master element M2 according to this embodiment has a columnar shape, and a curved lateral surface (gentle curve) E2 is formed on a part of the outer peripheral part (the outer peripheral surface, the lateral surface) S2. Here, the distance (hereinafter referred to as the clearance size) d between a crossing point PI where the outer diameter (radius) R crosses the lateral surface E2 of the master element M2 on the X-axis and the extension line of the outer peripheral surface S2 is known.

Wie in 8 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform der Aussparungsteil D2 mit einer linearen Form parallel zu der Mittenachse (C2) des Masterelements M2 an der Position des Kreuzungspunkts PI ausgebildet.As in 8th 1, in this embodiment, the recess part D2 is formed in a linear shape parallel to the central axis (C2) of the master element M2 at the position of the crossing point PI.

In der folgenden Beschreibung wird ein zweidimensionales Polarkoordinatensystem verwendet, das die Mitte C2 des Masterelements M2 (die Mittenachse der Säule) als einen Ursprung und eine Linie, die sich durch den Kreuzungspunkt PI mit der lateralen Fläche E2 des Masterelements M2 erstrecket, als die X-Achse aufweist.In the following description, a two-dimensional polar coordinate system is used that takes the center C2 of the master element M2 (the central axis of the column) as an origin and a line extending through the intersection point PI with the lateral face E2 of the master element M2 as the X- axis.

Weil das Masterelement M2 wie in 8 gezeigt liniensymmetrisch in Bezug auf die X-Achse ist, wird nur die obere Seite der X-Achse (0° ≤ θ < 180°) beschrieben und wird auf eine Beschreibung der unteren Seite der X-Achse (180° ≤ θ < 360°) verzichtet.Because the master element M2 as in 8th shown is line symmetric with respect to the X-axis, only the upper side of the X-axis (0° ≤ θ < 180°) will be described and a description of the lower side of the X-axis (180° ≤ θ < 360° ) renounced.

An dem Masterelement M2 wird die Distanz R(θ) von der Mitte C2 zu der Oberfläche des Masterelements M2 durch den folgenden Ausdruck (11) ausgedrückt. Wie in dem Ausdruck (11) gezeigt, weist die laterale Fläche S2 (θ ≥ θ0) eine Säulenform mit einem Radius R auf, während die laterale Fläche E2 (θ < θ0) eine gekrümmte Flächenform aufweist, die linear in Bezug auf einen Winkel θ variiert. Im Folgenden wird hinsichtlich der lateralen Fläche E2 (θ < θ0) ein Teil über der X-Achse als eine lineare Variationskurve E2(+) bezeichnet und wird ein Teil unter der X-Achse als eine lineare Variationskurve E2(-) bezeichnet. R ( θ ) = { R ( 1 θ / θ 0 ) d ( wenn  θ < θ d ) R , ( wenn  θ θ d )

Figure DE102022121313A1_0011
On the master element M2, the distance R(θ) from the center C2 to the surface of the master element M2 is expressed by the following expression (11). As shown in the expression (11), the lateral surface S2 (θ ≥ θ 0 ) has a columnar shape with a radius R, while the lateral surface E2 (θ < θ 0 ) has a curved surface shape linear with respect to a Angle θ varies. Hereinafter, regarding the lateral surface E2 (θ<θ 0 ), a portion above the X-axis is referred to as a linear variation curve E2(+), and a portion below the X-axis is referred to as a linear variation curve E2(-). R ( θ ) = { R ( 1 θ / θ 0 ) i.e ( if θ < θ i.e ) R , ( if θ θ i.e )
Figure DE102022121313A1_0011

In dem Ausdruck (11) gibt der Winkel θ0 einen Winkel (Wechselwinkel) eines Punkts P5 an, der eine Grenze zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S2 des Masterelements M2 und der linearen Variationskurve E2(+) ist.In the expression (11), the angle θ 0 indicates an angle (alternating angle) of a point P5 that is a boundary between the columnar lateral surface S2 of the master element M2 and the linear variation curve E2(+).

9 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die die lineare Variationskurve E2(+) zeigt. 9 12 is a partially enlarged plan view showing the linear variation curve E2(+).

Wie in 9 gezeigt, ist P0 eine Einfallsposition des Messlichts B1 und ist P6 ein Punkt auf der linearen Variationskurve E2, der um Δθ von der Einfallsposition P0 entfernt ist. N2 gibt eine normale Linie zu der Oberfläche des Masterelements M2 an der Einfallsposition P0 des Messlichts B1 an, und φ(θ) gibt einen Winkel (Einfallswinkel) des Messlichts B1 in Bezug auf die normale Linie N2 an. Wenn in 9 Δθ ausreichend klein ist, wird (Δθ = 0), R(θ) tan Δθ ≈ R(θ)Δθ erhalten. In diesem Fall wird der Einfallswinkel φ(θ) durch den folgenden Ausdruck (12) ausgedrückt. φ ( θ ) = arctan [ { R ( θ + Δθ ) R ( θ ) } / ( R ( θ ) Δθ ) ]

Figure DE102022121313A1_0012
As in 9 1, P0 is an incident position of the measurement light B1, and P6 is a point on the linear variation curve E2 that is away from the incident position P0 by Δθ. N2 indicates a normal line to the surface of the master element M2 at the incident position P0 of the measurement light B1, and φ(θ) indicates an angle (incident angle) of the measurement light B1 with respect to the normal line N2. if in 9 Δθ is sufficiently small, (Δθ = 0), R(θ) tan Δθ ≈ R(θ)Δθ is obtained. In this case, the incident angle φ(θ) is expressed by the following expression (12). φ ( θ ) = arctan [ { R ( θ + Δθ ) R ( θ ) } / ( R ( θ ) Δθ ) ]
Figure DE102022121313A1_0012

Der Ausdruck (0 ≤ θ < θ0) der linearen Variationskurve E2(+) in dem Ausdruck (11) wird dem Ausdruck (12) zugewiesen, um den folgenden Ausdruck (13) zu erhalten. φ ( θ ) = arctan [ d / { R θ 0 ( θ 0 θ ) d } ]

Figure DE102022121313A1_0013
The expression (0≦θ<θ 0 ) of the linear variation curve E2(+) in the expression (11) is assigned to the expression (12) to obtain the following expression (13). φ ( θ ) = arctan [ i.e / { R θ 0 ( θ 0 θ ) i.e } ]
Figure DE102022121313A1_0013

Aus dem Ausdruck (13) wird der folgende Ausdruck (14) erhalten. φ ( θ ) d / ( R θ 0 )

Figure DE102022121313A1_0014
From the expression (13), the following expression (14) is obtained. φ ( θ ) i.e / ( R θ 0 )
Figure DE102022121313A1_0014

Gemäß dem Ausdruck (14) ist der Einfallswinkel φ(θ) unabhängig von θ konstant.According to expression (14), the angle of incidence φ(θ) is constant regardless of θ.

(Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ))(Example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ))

10 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Masterelement M2 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Kurve F2 in 10 gibt den Einfallswinkel φ(θ) wieder, wobei der Radius R des Masterelements M2 gleich 12,5 mm ist, die Aussparungsgröße d gleich 20 µm ist, die Blendenzahl NA des optischen Messsystems des Fühlers 30 gleich 0,05 ist (zulässiger Winkel (= arcsin(NA)) ≈ 3°) und der Wechselwinkel θ0 gleich 10° ist. 10 14 is a graph showing an example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the master element M2 according to the second embodiment. The curve F2 in 10 represents the angle of incidence φ(θ), where the radius R of the master element M2 is 12.5 mm, the gap size d is 20 µm, the f-number NA of the measuring optical system of the probe 30 is 0.05 (allowable angle (= arcsin(NA)) ≈ 3°) and the alternating angle θ 0 is equal to 10°.

Wie in 10 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform an und in der Nähe einer Grenze (eines Punkts P5) zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S2 des Masterelements M2 und der linearen Variationskurve E2 der Einfallswinkel φ(θ) kleiner als der zulässige Winkel (≈3°). Deshalb kann eine ausreichende Lichtmenge des reflektierten Lichts, das durch den optischen Sensor des Fühlers 30 erfasst werden kann, sichergestellt werden und kann die Form des Masterelements M2 mit einer hohen Präzision gemessen werden. Es kann also eine hochpräzise Vergrößerungskalibrierung durchgeführt werden.As in 10 , in this embodiment, at and near a boundary (a point P5) between the columnar lateral surface S2 of the master element M2 and the linear variation curve E2, the incident angle φ(θ) is smaller than the allowable angle (≈3°). Therefore, a sufficient amount of light of the reflected light that can be detected by the optical sensor of the probe 30 can be secured, and the shape of the master element M2 can be measured with high precision. Thus, high-precision magnification calibration can be performed.

Weiterhin ist in dieser Ausführungsform, wie in dem Ausdruck (14) gezeigt, der Einfallswinkel φ(θ) des Messlichts B1 unabhängig von θ im Wesentlichen konstant. Deshalb kann der Reflexionswinkel des Messlichts B1 konstant und klein vorgesehen werden. Deshalb kann eine Messung mit einer hohen und gleichmäßigen Qualität durchgeführt werden.Furthermore, in this embodiment, as shown in expression (14), the incident angle φ(θ) of the measurement light B1 is substantially constant regardless of θ. Therefore, the reflection angle of the measurement light B1 can be made constant and small. Therefore, measurement can be performed with high and uniform quality.

[Dritte Ausführungsform][Third Embodiment]

Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen durch die Form des Masterelements M3. Weil die Formmessmaschine 10 in der dritten Ausführungsform und die Konfigurationsmethode für diese denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird hier auf eine Beschreibung derselben verzichtet.A third embodiment of the present invention will be described below. The third embodiment differs from the first and second embodiments in the shape of the master element M3. Because the form measuring machine 10 in the third embodiment and the configuration method thereof are similar to those in the first embodiment, a description thereof is omitted here.

(Kalibrierungsstandard)(calibration standard)

11 ist eine Draufsicht (Ansicht von oben) des Kalibrierungsstandards (Flick-Standard oder Flick-Master) gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 11 ist eine Erstreckungslinie (gepunktete Linie) einer säulenförmigen Außenumfangsfläche S3 des Masterelements M3 zusammen mit dem D-Aussparungsteil D0 (Strichlinie) von 13 gezeigt. 11 12 is a top view (top view) of the calibration standard (Flick-Standard or Flick-Master) according to the third embodiment of the present invention. In 11 FIG. 12 is an extension line (dotted line) of a columnar outer peripheral surface S3 of the master member M3 together with the D recess part D0 (dashed line) of FIG 13 shown.

Wie in 11 gezeigt, weist das Masterelement M3 gemäß dieser Ausführungsform eine Säulenform auf, wobei ein planarer Teil (ein Beispiel für den Aussparungsteil, der nachfolgend als D-Aussparungsteil D3 bezeichnet wird) an einem Teil des Außenumfangsteils (der Außenumfangsfläche, der lateralen Fläche) S3 ausgebildet ist. Zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S3 und dem D-Aussparungsteil D3 des Masterelements M3 ist eine gekrümmte laterale Fläche (eine sanfte Kurve, die nachfolgend als eine lineare Variationskurve bezeichnet wird) E3 ausgebildet. Dabei ist die Distanz (nachfolgend als Aussparungsgröße bezeichnet) d zwischen einem Kreuzungspunkt P9, an dem der Außendurchmesser (Radius) R die laterale Fläche E3 des Masterelements M3 auf der X-Achse kreuzt, und der Erstreckungslinie der Außenumfangsfläche S3 bekannt.As in 11 As shown, the master element M3 according to this embodiment has a columnar shape, with a planar part (an example of the recess part, hereinafter referred to as D recess part D3) being formed on a part of the outer peripheral part (the outer peripheral surface, the lateral surface) S3 . A curved lateral surface (a gentle curve, hereinafter referred to as a linear variation curve) E3 is formed between the columnar lateral surface S3 and the D notch part D3 of the master element M3. Here, the distance (hereinafter referred to as clearance size) d between a crossing point P9 where the outer diameter (radius) R crosses the lateral surface E3 of the master element M3 on the X-axis and the extension line of the outer peripheral surface S3 is known.

In der folgenden Beschreibung wird ein zweidimensionales Polarkoordinatensystem verwendet, das die Mitte C3 des Masterelements M3 (die Mittenachse der Säule) als einen Ursprung und eine senkrechte Linie, die sich von der Mitte C3 des Masterelements M3 zu dem D-Aussparungsteil D3 erstreckt, als eine X-Achse aufweist.In the following description, a two-dimensional polar coordinate system is used that takes the center C3 of the master element M3 (the central axis of the pillar) as an origin and a perpendicular line extending from the center C3 of the master element M3 to the D recess part D3 as a Having X-axis.

Weil das Masterelement M3 wie in 11 gezeigt liniensymmetrisch in Bezug auf die X-Achse ist, wird nur die obere Seite der X-Achse (0° ≤ θ < 180°) beschrieben und wird auf eine Beschreibung der unteren Seite der X-Achse (180° ≤ θ < 360°) verzichtet.Because the master element M3 as in 11 shown is line symmetric with respect to the X-axis, only the upper side of the X-axis (0° ≤ θ < 180°) will be described and a description of the lower side of the X-axis (180° ≤ θ < 360° ) renounced.

An dem Masterelement M3 wird eine Distanz R(θ) von der Mitte C3 zu der Oberfläche des Masterelements M3 durch den folgenden Ausdruck (15) ausgedrückt. Wie in dem Ausdruck (15) gezeigt, weist die laterale Fläche S3 (θ ≥ θ0) eine Säulenform mit einem Radius R auf, während der D-Aussparungsteil D3 (θ < θ1) eine planare Form aufweist. Eine laterale Fläche E3 (θ1 ≤ θ < θ0) zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S3 und dem D-Aussparungsteil D3 des Masterelements M3 weist eine gekrümmte Form auf, die linear in Bezug auf den Winkel θ variiert. Im Folgenden wird in der lateralen Fläche E3 (θ1 ≤ θ < θ0) ein Teil über der X-Achse als eine lineare Variationskurve E3(+) bezeichnet und wird ein Teil unter der X-Achse als eine lineare Variationskurve E3(-) bezeichnet. R ( θ ) = { ( R d ) R / cos  θ ( wenn  θ < θ 1 ) R ( 1 θ / θ 0 ) d ,   ( wenn  θ 1 θ < θ 0 ) R , ( wenn  θ θ 0 )

Figure DE102022121313A1_0015
On the master element M3, a distance R(θ) from the center C3 to the surface of the master element M3 is expressed by the following expression (15). As shown in the expression (15), the late ral surface S3 (θ ≥ θ 0 ) has a columnar shape with a radius R, while the D recess part D3 (θ < θ 1 ) has a planar shape. A lateral face E3 (θ 1 ≤ θ < θ 0 ) between the columnar lateral face S3 and the D recess part D3 of the master member M3 has a curved shape that varies linearly with respect to the angle θ. Hereinafter, in the lateral surface E3 (θ 1 ≤ θ < θ 0 ), a part above the X-axis is referred to as a linear variation curve E3(+), and a part below the X-axis is referred to as a linear variation curve E3(-) designated. R ( θ ) = { ( R i.e ) R / cos θ ( if θ < θ 1 ) R ( 1 θ / θ 0 ) i.e , ( if θ 1 θ < θ 0 ) R , ( if θ θ 0 )
Figure DE102022121313A1_0015

In dem Ausdruck (15) gibt der Winkel θ0 einen Winkel (Wechselwinkel) eines Punkts P7, der eine Grenze zwischen der säulenförmigen lateralen Fläche S3 und der linearen Variationskurve E3(+) des Masterelements M3 ist, wieder und gibt der Winkel θ1 einen Winkel (Wechselwinkel) eines Punkts P8, der eine Grenze zwischen der linearen Variationskurve E3(+) und dem D-Aussparungsteil D3 ist, wieder.In the expression (15), the angle θ 0 represents an angle (alternating angle) of a point P7 that is a boundary between the columnar lateral surface S3 and the linear variation curve E3(+) of the master element M3, and the angle θ 1 represents one angle (alternating angle) of a point P8 which is a boundary between the linear variation curve E3(+) and the D notch part D3.

Dabei ist θ1 ein anderer Winkel als null, der die Bedingung des folgenden Ausdrucks (16) erfüllt. ( R d ) / cos  θ 1 = R ( 1 θ 1 / θ 0 ) d

Figure DE102022121313A1_0016
Here, θ 1 is a non-zero angle that satisfies the condition of the following expression (16). ( R i.e ) / cos θ 1 = R ( 1 θ 1 / θ 0 ) i.e
Figure DE102022121313A1_0016

Wenn der Ausdruck (16) annähernd gelöst wird, wird der folgende Ausdruck (17) erhalten. θ 1 = 2d / ( R d ) θ 0

Figure DE102022121313A1_0017
When the expression (16) is approximately solved, the following expression (17) is obtained. θ 1 = 2d / ( R i.e ) θ 0
Figure DE102022121313A1_0017

(Beispiel für das Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ))(Example of the calculation result for the angle of incidence φ(θ))

12 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel für ein Berechnungsergebnis für den Einfallswinkel φ(θ) in dem Masterelement M3 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 12 zeigt auch die Kurve F1-2 (siehe 7) gemäß der ersten Ausführungsform zum Vergleich. 12 14 is a graph showing an example of a calculation result for the angle of incidence φ(θ) in the master element M3 according to the third embodiment. 12 also shows the curve F1-2 (see 7 ) according to the first embodiment for comparison.

Die Kurve F3 in 12 zeigt den Einfallswinkel φ(θ), wobei der Radius R des Masterelements M3 gleich 12,5 mm ist, die Aussparungsgröße d gleich 20 µm ist, die Blendenzahl NA des optischen Messsystems des Fühlers 30 gleich 0,05 ist (zulässiger Winkel (= arcsin(NA)) ≈ 3°), der Wechselwinkel θ0 gleich 6,3° ist und die Länge (2L) des D-Aussparungsteils D3 gleich L = 1/2 LD ist.The curve F3 in 12 shows the incident angle φ(θ), where the radius R of the master element M3 is 12.5 mm, the cutout size d is 20 µm, the f-number NA of the measuring optical system of the probe 30 is 0.05 (allowable angle (= arcsin (NA)) ≈ 3°), the alternating angle θ 0 is 6.3°, and the length (2L) of the D notch part D3 is L=1/2 L D .

Wie in 13 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform der Einfallswinkel φ(θ) in dem D-Aussparungsteil D3 vergrößert. In dem Bereich der linearen Variationskurve E3 dagegen nimmt der Einfallswinkel φ(θ) unmittelbar einen kleinen konstanten Wert an. Deshalb kann in dieser Ausführungsform ein Winkelbereich mit einem großen Einfallswinkel φ(θ), in dem die Messqualität zu einer Verschlechterung neigt, reduziert werden und kann die Messqualität der Vergrößerungskalibrierung verbessert werden.As in 13 1, in this embodiment, the incident angle φ(θ) is increased in the D notch part D3. On the other hand, in the region of the linear variation curve E3, the angle of incidence φ(θ) immediately assumes a small constant value. Therefore, in this embodiment, an angle range with a large incident angle φ(θ) in which the measurement quality tends to deteriorate can be reduced, and the measurement quality of the magnification calibration can be improved.

[Modifikation][Modification]

In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein Teil eines Kreises (E1) oder die lineare Variationskurve (E2 und E3) als ein Beispiel für die sanfte Kurve verwendet. Die sanfte Kurve ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Zum Beispiel können auch allgemein bekannte Formen wie etwa eine Klothoide oder eine Funktion der n-ten Ordnung (wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist; zum Beispiel eine kubische Kurve) oder eine vorstehende Kurve außerhalb der Masterelemente M1 bis M3 verwendet werden. Außerdem können eine oder mehrere Linien eine pseudo-sanfte Kurve bilden.In the above-described embodiments, a part of a circle (E1) or the linear variation curve (E2 and E3) is used as an example of the smooth curve. However, the smooth curve is not limited to these examples. For example, well-known shapes such as a clothoid or a function of the nth order (where n is a natural number greater than or equal to 2; for example, a cubic curve) or a protruding curve outside the master elements M1 to M3 can also be used. In addition, one or more lines can form a pseudo-smooth curve.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, in dem ein D-Aussparungsteil D1, ein Aussparungsteil D2 und ein D-Aussparungsteil D3 an den lateralen Flächen jeweils der Masterelemente M1 bis M3 ausgebildet sind. Es können aber auch zwei oder mehr D-Aussparungsteile D1, zwei oder mehr Aussparungsteile D2 und/oder zwei oder mehr D- Aussparungsteile D3 ausgebildet sein.In the above-described embodiments, an example has been described in which a D recess part D1, a recess part D2, and a D recess part D3 are formed on the lateral surfaces of the master elements M1 to M3, respectively. However, two or more D recess parts D1, two or more recess parts D2 and/or two or more D recess parts D3 can also be formed.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Formmessmaschine;form measuring machine;
1212
Körperbasis;body base;
1414
Bühnendrehmechanismus;stage rotating mechanism;
1616
Rotor;Rotor;
1818
Bühne;Stage;
2020
Säule;Pillar;
2222
Schlitten;Sleds;
2424
Arm;Poor;
2626
Verschiebungsdetektor;displacement detector;
2828
Detektorantriebsmechanismus;detector drive mechanism;
3030
Fühler;Sensor;
3232
Kamera;Camera;
3434
Kameraklammer;camera clamp;
5050
Steuereinrichtung;control device;
5252
Bedieneinheit;operating unit;
5454
Anzeige;Advertisement;
5656
Verschiebungsberechner;displacement calculator;
5858
Antriebssteuereinrichtung;drive control device;
6060
Bildaufnahmesteuereinrichtung;image pickup controller;
7070
Linearbewegungsmechanismus;linear motion mechanism;
7272
Scheiteleinstellungsmechanismus;crown adjustment mechanism;
M1 bis M3M1 to M3
Kalibrierungsstandard (Flick-Standard oder Flick-Master).Calibration standard (Flick-Standard or Flick-Master).

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • JP 2010014656 [0002, 0003]JP 2010014656 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent Literature Cited

  • JIS B7451:1997 [0004]JIS B7451:1997 [0004]

Claims (5)

Kalibrierungsstandard für die Verwendung bei der Kalibrierung einer Formmessmaschine, umfassend: einen Außenumfangsteil mit einer säulenförmigen Außenumfangsfläche, einen Aussparungsteil, der mit einer vorbestimmten Aussparungsgröße von der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgespart ist, und einen sanft gekrümmten Flächenteil, der den Außenumfangsteil und den Aussparungsteil verbindet und eine gekrümmte Form aufweist, die zu außerhalb des Kalibrierungsstandards vorsteht.A calibration standard for use in calibrating a form measuring machine, comprising: an outer peripheral part having a columnar outer peripheral surface, a recess part recessed with a predetermined recess size from the columnar outer peripheral surface, and a smoothly curved surface part connecting the outer peripheral part and the recess part and having a curved shape protruding to outside of the calibration standard. Kalibrierungsstandard nach Anspruch 1, wobei: der Aussparungsteil in einer planaren Form an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist, und der sanft gekrümmte Flächenteil eine Form entlang eines Kreises, der der säulenförmigen Außenumfangsfläche und dem planar geformten Aussparungsteil eingeschrieben ist, aufweist.calibration standard claim 1 wherein: the recess part is formed in a planar shape on part of the columnar outer peripheral surface, and the gently curved surface part has a shape along a circle inscribed in the columnar outer peripheral surface and the planar-shaped recess part. Kalibrierungsstandard nach Anspruch 1, wobei: der Aussparungsteil an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche in einer linearen Form, die parallel zu einer Mittenachse des Kalibrierungsstandards ist, ausgebildet ist, und der sanft gekrümmte Flächenteil eine gekrümmte Flächenform aufweist, die derart geformt ist, dass die Distanz von einer Mitte des Kalibrierungsstandards linear in Bezug auf einen Winkel einer senkrechten Linie, die sich von der Mitte des Kalibrierungsstandards zu dem Aussparungsteil erstreckt, variiert.calibration standard claim 1 , wherein: the recess part is formed at a part of the columnar outer peripheral surface in a linear shape parallel to a center axis of the calibration standard, and the gently curved surface part has a curved surface shape shaped such that the distance from a center of the Calibration standards varies linearly with respect to an angle of a perpendicular line extending from the center of the calibration standard to the recess part. Kalibrierungsstandard nach Anspruch 1, wobei: der Aussparungsteil in einer planaren Form an einem Teil der säulenförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist, und der sanft gekrümmte Flächenteil eine gekrümmte Flächenform aufweist, die derart geformt ist, dass die Distanz von einer Mitte des Kalibrierungsstandards linear in Bezug auf einen Winkel einer senkrechten Linie, die sich von der Mitte des Kalibrierungsstandards zu dem Aussparungsteil erstreckt, variiert.calibration standard claim 1 , wherein: the recess part is formed in a planar shape on part of the columnar outer peripheral surface, and the gently curved surface part has a curved surface shape shaped such that the distance from a center of the calibration standard is linear with respect to an angle of a vertical line , which extends from the center of the calibration standard to the recess part, varies. Verfahren zum Kalibrieren einer Formmessmaschine, aufweisend: Emittieren eines Messlichts von einem Fühler einer Formmessmaschine zu dem Kalibrierungsstandard gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und zum Erfassen eines reflektierten Lichts von dem Kalibrierungsstandard unter Verwendung des Fühlers, und Durchführen einer Vergrößerungskalibrierung basierend auf einem Erfassungsergebnis des reflektierten Lichts sowie auf dem Außendurchmesser und der Aussparungsgröße des Kalibrierungsstandards.A method of calibrating a form measuring machine, comprising: emitting a measuring light from a probe of a form measuring machine to the calibration standard according to any one of Claims 1 until 4 and detecting a reflected light from the calibration standard using the probe, and performing magnification calibration based on a detection result of the reflected light and the outside diameter and the notch size of the calibration standard.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010014656A (en) 2008-07-07 2010-01-21 Mitaka Koki Co Ltd Noncontact side-surface shape measuring apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010014656A (en) 2008-07-07 2010-01-21 Mitaka Koki Co Ltd Noncontact side-surface shape measuring apparatus

Non-Patent Citations (1)

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